Преобразователь угол-код Советский патент 1990 года по МПК H03M1/50 H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматичесокго управления электродвигателем ДJIя ввода угловых величин в цифровую вычислительную машину..

Целью изобретения является повы шение точности преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг,2 иЗ временные диаграммы работы преобразователя для угла поворота ротора фазовращателя 2 и 2,5 дискреты соответственно.

Преобразователь угол - код содержит фазовращатель 1, счетчик 2, постоянное запоминающее устройство 3 (ПЗУ), цифроаналоговые преобразователи 4,5 (ЦАП), генератор 6 импульсов, фильтр 7, формирователь 8 импульсов, триггер 9 младшего разряда, блок 10 согласования отсчетов, фазовый диск риминатор 11 (например, триггер), триггер 12 синхронизации, элемент И 13, счетчик. 14, счетчик 15, ре гистр 16, блок 17 управления.

Блок 10 согласования содержит D-триггер 18, два элемента И-19, 20, инвертор 21 и элемент ИПИ-НЕ 22.

Блок 71 управления содержит D-триггер 23 и дешифратор 24. Преобразователь угол - код работает следующим образом. п старших разрядов (п + т)-разрядного первого счетчика 2 образуют старшую кбдовую шкалу преобразователя. К m разрядов второго счетчика 14 образзпот младшую временную шкалу преобразователя и наконец самый младший разряд кода преобразователя формируется на выходе триггера 9. Импульсы с выхода генератора 6 (фиг. 2а) поступают на вход (п +т)разрядного первого счетчика 2, на выходах которого появляются импульсы деленной частоты разрядов (фиг. 2б, в, г) и п 2 (фиг. 2 д, е). Счетчик 2 формирует адресные коды постоян ного запоминающего устройства 3, в котором записаны функции синуса и косинуса. Коды функций появляются на входах первого 4 и второго 5 цифроана логовых преобразователей, на выходах которых формируются аналоговые напряжения соответственно синусоидальной (фиг. 2ж) и косинусоидальной (фиг.2з формы. Эти напряжения поступают на входы фазовращателя 1 в качестве опор ных сигналов. На выходе фазовращателя 1 появляется сигнал (фиг. 2и), сдвинутый по фазе относительно опорных сигналов на угол, пропорциональный механическому упту поворота ротора фазовращателя. Это напряжение поступает на вход фильтра 7, который подавляет высокочастотные составляющие входного напряжения фазовращателя 1, получаемые с выходов цифроаналоговык преобразователей 4, 5. а также помехи, наводящиеся в линиях к фаз.овращателю 1 и от него. Напряжение с выхода фильтра 7 поступает на вход первого формирователя импульсов, на выходе которого (формируются прямоугольные 1-1мпульсы (фиг. 2к), передний фро которых совпадает с моментом перехода через ноль выходного напряжения фазовращателя, прошедшего через фильтр 7. Импульс с выхода первого формирователя 8 импульсов поступает на вход синхронизации триггера 9, на вход D которого приходят импульсы от генера тора 6, фиксируя по своему переднему фронту полупериод частоты импульсов генератора 6 в момент переключен выходного сигнала первого формироват ля 8 (фиг. 2л). Таким образом реализуется самый младший разряд выходног кода преобразователя. С выхода триггера 9 код младшего разряда поступает на выход преобразователя. Кроме того, импульс с выхода первого формирователя 8 импульсов поступает на первый вход фазового дискриминатора 11. На выходе фазового дискриминатора 11 появляется сигнал уровня лог 1, передний фронт которого совпадает с переходом через ноль выходного сигнала фазовращателя 1. На второй вход фазового дискриминатора 11 поступает сигнал самого старшего из m младших разрядов первого счетчика 2 (фиг. 2г), проходящий через блок 10 согласования (фиг. 2м). По переднему фронту этого сигнала фазовьй дискриминатор перейдет в нулевое состояние. Таким образом на выходе фазового дискриминатора 11 появится сигнал, соответствующий временному интервалу от момента перехода через ноль выходного сигнала фазовращателя до переднего фронта выходного сигнала старшего из m разрядов первого счетчика 2 (фиг. 2н). Так как состояние первого триггера 9 в данном цикле измерения (фиг. 2л) нулевое, выходной сигнал старшего из m разрядов счетчика 2 поступает на второй вход фазового дискриминатора с выхода старшего из m разрядов счетчика 2 без задержки. Так как триггер 9 находится в нулевом состоянии, на выходе инвертора 21 имеется уровень лог. 1, поступающий ни второй вход второго элемента И 20, в то время как уровень лог.О с выхода триггера 9 поступает I 3 первый вход первого элемента И 19. Следовательно, элемент И 19 закрыт, а И 20 открыт и сигнал с выхода старшего из m разрядов счетчика 2 через элемент И 20, элемент ИЛИ-НЕ 22 проходит на второй вход дискриминатора 11 без задержки (фиг. 2м). Кмпульс с выхода фазового дискриминатора 11 (фиг. 2н) поступазт на вход триггера 12 синхронизации, на выходе которого появляется импульс, содержащий целое число периодов частоты тактовых импульсов генератора 6 (фиг. 2 о). Этот импульс поступает на первый вход элемента И 13, на второй вход которого поступшот импульсы тактового генератора 6 (фиг, 2а). На выходе элемента И 13 появляются им-.пульсы, соответствующие числу периодов тактовой частоты, укладывающ гхся в интервале времени от момента перехода сигнала фазовращателя 1 через ноль до момента перехода сигнала старшего из m разрядов счетчика 2 (фиг. 2п), которые поступают на вычитающий вход счетчика 14. Счетчик 14 первоначально и в конце каждого периода измерения устанавливается в нулевое состояние. Таким образом счетчик 14 измеряет интервал времени от момен та перехода через ноль выходного сиг нала фатовращателя 1 до момента перехода старшего из.т разрядов счетчика 2, соответствзтощего моменту переключения старшей кодовой шкалы п разрядов, но в обратном коде, что фа тически соответствует измерению временного интервала от момента переклю чения старшей кодовой шкалы п разрядов до момента перехода через ноль выходного сигнала фазовращателя. По заднему фронту сигнала фазовог дискриминатора 11 срабатывает блок 17 управления. При этом устанавливается в единицу т риггер 23 блока 17 (фиг. 2р), на входе Р разрешения де шифратора 24 появляется разрешающий сигнал. При этом на выходах дешифратора 24 появляется серия управляющих импульсов, соответствующих значениям состояний младших разрядов счетчика 2. По первому из этих импульсов (фиг. 2с) происходит запись старших п разрядов счетчика 2 в счетчик 15, по второму импульсу (фиг. 2т) происходит вычитание из содержимого счетчика 15единиць1. Следовательно, в счетчике 15 будет восстановлено состояние счетчика 2 на момент перехода через ноль вьпсодного сигнала фазовращателя По третьему импульсу (фиг. 2у) содер жимое счетчика 14 и счетчика 15 зано сится в выходной регистр 16. К значению п-разрядного кода счетчика 15 конкотенируется (пристыковывается) значение К-разрядного кода счетчика 14, значение младшего разряда кода угла, соответствующее полупериоду тактовых импульсов генератора 6, уже имеется на выходе триггера 9. Таким образом формируется полный выходной код преобразователя угол - код. По четвертому импульсу (фиг. 2ф) происходит обнуление счетчика 14 с целью подготовки его к следующему из мерению. Наконец, пятый импульс, появляющийся на соответствующем выходе 15 дешифратора 24, устанавливает триггер 23 в нулевое состояние (фиг. 2p)i прекращая работу блока 17 управления. На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы преобразователя для случая, когда величина угла равна двум дискретам, при этом триггер 9 отмечает нулевое состояние полупериода тактовых импульсов генератора 6. Счетчик 14 считает от О до К 2. В, счетчик 15 записьтается код п 8 (с учетом состояния m разрядов счетчика 2, 2 2 8), при последующем вычитании единшцл состояние его изменяется до п 0. Данное состояние п О, К 2 заносится в регистр 16. Таким образом, выходной код п + К + + ,5 О + 2 + О 2-дискреты. На фиг. 3 представлены временные диаграм1-1ы работы преобразователя для случая, когда величина угла равна 2,5 дискретам. При этом триггер 9 ус- . танавливается в единичное состояние, и сигнал сброса фазового дискриминатора 11 проходит через D-триггер 18 с задержкой на один такт относительно исходного, элемент И 19, элемент ИЛИ-НЕ 22 (фиг. 2м), однако после синхронизации на триггере 12 длительность временного интервала (по сравнению . со случаем на фиг. 2) восстанавливается и счетчик 14 подсчитывает то же количество импульсов. Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогично. Выходной код в этом случае п + К + Ор-0,5 О + 2 + 1-0,5 2,5 дискреты. Таким образом, в преобразователе угол - код реализуется комбинированный способ преобразования: старшие и самый младший разряды определяются по методу считьшания бегущей метки, младшие разряды - по методу накапливания. Это позволяет понизить частоту переключения разрядов счетчика 2, с которого осуществляется считывание старших разрядов. Счетчик 15 необходим для восстановления кода, считьшаемого со счетчика 2 в момент срабатывания старшего из m младшихразрядов, до значения, которо.е имеет счетчик 2 в момент перехода через ноль выходного сигнала фазовращателя. Если счетчик 15 не использовать, выходной код преобразователя угол - код будет иметь -постоянно смещение, равное емкости второго счетчика 14. Если смещение

нуля фазовращателя не существенно для работы преобразователя, вход регистра 16 соединггется с выходом счетчика 2 без счетчика 15.

В пpeдлaгaeмo устройстве запись кода со счетчика 2 в 15 производится только для старших разрядов а следовательно, на пониженной по отношению к генератору частоте, что

исключает погрешность считывания, так как в момент записи состояние счетчика не изменяется. Выделение и измерение (на максимальной частоте) временного интерв гла мелщу переходом через ноль вь1ходт{ого напряжения фазовращателя до переднего фронта сигнала выхода самого старшего из младших разрядов позволяет повысить динамическую точность преобразователя угол - код.

Кроме того, введение триггера младшего разряда, предназначенного прежде всего для управления блоком 10 согласования отсчетов, дополнительно повышает точность вдвое за счет определения в какой из полупериодов генератора импульсов происходит переход че рез ноль напряжения с выхода фазовpcШ aтeля,

Все это относится к фиксированной. частоте запитки фазовращателя, т.е. к частоте вьщачи информации с преобразователя при его фшссированном быстродействии. Так как сам датчик положения - фазовращатель по своему физическому принципу действия нидуктивный преобразователь и использует для снятия информации частотные методы преобразования сигналов, бЫстродействие и точность взаимосвязаны. При

.равных схемных решениях чем выше точность преобразователя, тем ниже быстродействие, и наоборот. Однако многие фазовращатели, например ФВ-67, имеют фиксированное значение частоты питающего напряжения - 2000 ± 100 Гц. Определенные требования к быстродействи выдвигают и установки, в которых используются преобразователи угол-код, например электроприводы переменного тока. В отношении точности требования обычно не такие жесткие: она быть не хуже заданной величины. Поэтому положительньй эффект оценивается при фиксированном быстродействии.

Формула изобретения

1. Преобразователь угол - код, содержащий последовательно соединенные

генератор импульсов и первый (п + га)разрядный счетчшс, выход которого соединен с входом постоянного запоминающего устройства, выходы которого через первый и второй цифроаналогозые преобразователи соответственно соединены с соответствующими входами фазовращателя, выход которого через фильтр соединен с входом формирователя импульсов, элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены триггер младшего разряда блок согласования отсчетов, фазовый дискриминатор, триггер синхронизации, блок управления, второй и третий счетчшси и регистр, выход формирователя импульсов соединен с одним входом фазового дискриминатора, С-входом триггера младшего разряда, выход генератора импульсов соединен с D-входом тр йггера младшего разряда, первым входом блока согласования отсчетов, С-входом триггера синхрони(Зации и одним входом элемента И, выход триггера младшего разряда соединен с вторым входом блока согласо.вания отсчетов, выход которого соединен с другим входом фазового дискриминатора, один выход которого соединен с D-входом триггера синхронизации, выход которого соединен другим входом элеменита И, вЫход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены с первой группой входов регистра, другой выход фазового дискриминатора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу т-го разряда первого счетчика, выходы m младших разрядов которого соединены с группой входов блока управления, а выходы п, старших разрядов первого счетчика соединены с соответствующими входами третьего счетчика, выходы блока управления с первого по четвертый соединены соответственно с входом установки третьего счетчика, его входом вычитания, входом записи регистра, входом обнуления второго счетчика, выхо№1 третьето счетчика соединены с второй группой входов регистра, выход ю-го разряда первого счетчика соединен с третьим входом блока согласования,отсчетов, вьпсоды регистра и триггера младшего разряда являются выходами преобразователя. 15 2. Преобразователь по п. 1, отличающий ся тем, что блок согласования отсчетов содержит триггер, инвертор, два элемента И, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого является выходом блока, С-вход триггера является первым входом блока, а D-вход третьим входом блока, вход инвертора является вторым входом блока и соединен с одним входом первого элемента И, другой вход которого подключен к выходу триггера, D-вход кото рого соединен с одним входом второго элемента И, другой вход которого подключен к выходу инвертора.

W

15

п 3. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что блок управления содержит триггер и дешифратор, информационные входы которого являются группой входов блока, вход синхронизации вторьм входом блока, а вход разрешения подключен к выходу триггера, D-вход которого соединен с шиной логической единицы, С-вход является первым входом блока, выходы дешифратора с первого по четвертый являются выходами блока с первого по четвертый, а пятый выход дешифратора соединен с R-входом триггера.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления электродвигателем для ввода угловых величин в ЦВМ. С целью повышения точности в преобразователь угол-код, содержащий генератор импульсов, первый счетчик, ПЗУ, два ЦАП, фазовращатель, фильтр, формирователь импульсов, элемент И, введены триггер младшего разряда, блок согласования отсчетов, фазовый дискриминатор, триггер синхронизации, блок управления, третий и четвертый счетчики, регистр. В преобразователе реализуется комбинированный способ преобразования: старшие и младший разряды определяются по методу считывания бегущей метки, а младшие - по методу накапливания, что позволяет увеличить частоту генератора импульсов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.